4.
Analisi della vulnerabilità sismica delle chiese
L’analisi della vulnerabilità degli edifici è finalizzata alla formulazione di previsioni riguardo il comportamento sismico atteso, sia come progressione dei processi di danno già attivati, che come possibile insorgenza di nuovi meccanismi di collasso. Le forme di danno riscontrabili nelle chiese sono diverse: a livello locale si trovano le vulnerabilità specifiche, a livello globale, i meccanismi di danno che coinvolgono intere parti di struttura.
La stima della vulnerabilità sismica delle chiese non può prescindere dalla conoscenza delle loro caratteristiche tipologiche strutturali. Esse sono costituite sia da tipicità del genere quali la concezione spaziale o i materiali e le tecniche costruttive, che relative a specificità proprie della singola chiesa, si fa quindi riferimento alle vicende costruttive, ai terremoti subiti nel passato e al degrado strutturale.
4.1
Tipicità
L’aspetto tipologico formale riveste nelle chiese una notevole importanza: il valore simbolico stesso dell’edificio fa sì che alcune caratteristiche morfologiche siano invarianti, a meno del fattore dimensionale; inoltre la tipologia architettonica, sviluppatasi nel corso dei secoli, è un tutt’uno con la configurazione statico-strutturale.
Nell’analisi delle caratteristiche strutturali tipiche, risulta fondamentale la distribuzione degli elementi sismoresistenti. La definizione dello spazio è ottenuta tramite pannelli murari di grande estensione e sviluppo in altezza, che spesso sono privi di collegamenti trasversali; questi ultimi se presenti, sono posti a grande distanza tra loro rendendo l’azione di trattenimento poco efficace. In generale le chiese sono poco resistenti alle azioni del sisma in quanto il loro funzionamento è lontano da quello scatolare. La tendenza al comportamento per parti assume una particolare rilevanza in quei casi in cui gli elementi costitutivi, oltre che compositivamente sono autonomi anche strutturalmente. Conseguenza di questa impostazione strutturale è una spiccata debolezza delle pareti verticali nei confronti delle azioni fuori piano con conseguente innesco di rotazioni delle pareti stesse. La mancata regolarità in pianta, dovuta alla frequente aggiunta di parti per giustapposizione all’impianto originario, genera amplificazioni delle sollecitazioni, martellamenti ed effetti torsionali con relativo innalzamento del livello di vulnerabilità globale. La distribuzione non regolare delle masse in altezza peggiora ulteriormente la situazione: in presenza di azioni sismiche le parti più alte del fabbricato oscillano liberamente e producono, in corrispondenza del confine tra pieno e vuoto, lesioni importanti. Anche le fondazioni sono interessate dagli effetti del sisma, nascono infatti pressioni non uniformi sul terreno che possono portare a cedimenti differenziali.
Un altro fattore determinante per l’analisi di vulnerabilità sono le caratteristiche fisico-meccaniche della struttura, dipendono dalla scelta dei materiali e dall’utilizzo di tecniche costruttive peculiari. La qualità dei paramenti murari dipende in primo luogo dal tipo di blocchi e legante utilizzati e dal livello di
ingranamento che si crea fra di essi. Sono favoriti elementi omogenei, grandi, non levigati messi in posa in modo regolare.
Le tecniche costruttive più diffuse sono quella “a sacco” e quella in pietra squadrata con spessore rilevante e letto di posa regolare. Nel primo caso la parete risulta costituita da due pannelli di muratura laterale con nucleo interno riempito di inerti legati con la malta. Il cattivo funzionamento di questa tecnica è legato alla frequente mancanza di elementi disposti trasversalmente a collegare le due facce e alla scarsa qualità del nucleo interno quasi privo di legante. L’assenza di ammorsamento tra le due pareti fa si che in caso di sisma la muratura tenda a disgregarsi, come se fosse costituita da paramenti autonomi. Il comportamento sismico delle murature in pietra squadrata è invece buono in quanto riescono a mantenere la monoliticità anche in presenza di un legante inefficace.
La maggioranza delle chiese che sorgono in zona sismica presentano elementi strutturali di presidio, quali tiranti metallici e contrafforti aggiunti nel tempo alla struttura originaria. I primi permettono di collegare e stabilizzare parti diverse del fabbricato, i secondi di opporre resistenza alle rotazioni fuori piano delle murature a cui sono addossati. L’azione positiva dei presidi può essere vanificata nel caso in cui essi presentino caratteristiche carenti; alcuni esempi sono il mancato tiro dei tiranti, la presenza di capichiave sottostimati, contrafforti mal dimensionati.
4.2
Specificità
Esistono fattori propri di ogni singola fabbrica che condizionano il comportamento sismico e ne indirizzano il danneggiamento verso forme specifiche.
Solitamente gli edifici antichi non presentano strutture realizzate in una sola fase costruttiva a causa delle vicissitudini storiche che comportano spesso numerose trasformazioni rispetto all’origine. Gli interventi più comuni sono la chiusura ed apertura di vani nella compagine muraria e l’affiancamento di volumi. Tale complesso di trasformazioni compiute nel tempo lascia nelle strutture un reticolo di eterogeneità costruttive, dovute al variare dei materiali e delle tecniche realizzative; le superfici di interfaccia fra murature di diversa età e tipologia, rappresentano delle linee preferenziali per la formazione di lesioni.
Particolare attenzione deve essere fatta allo studio delle connessioni tra gli elementi strutturali per poter individuare possibili scorrimenti e agli elementi spingenti che trasmettono alle murature forze localizzate nelle zone alte, tali da favorire la rotazione verso l’esterno. Le strutture sono affette in modo irreversibile dagli interventi che vi vengono fatti, è necessario quindi conoscere la storia e l’evoluzione di ogni fabbricato.
4.3
Caratteristiche del danneggiamento sismico
Per essere in grado di ipotizzare, in situazione pre-sisma, quali possono essere i meccanismi di collasso attivati da futuri eventi, è necessario comprendere le caratteristiche del danneggiamento sismico negli edifici di culto.
In letteratura[15] di distinguono comunemente due modi fondamentali di collasso di una parete in muratura sottoposta ad azione sismica:
• 1°modo: ribaltamento del muro fuori del proprio piano dovuto alla componente dell’azione sismica ortogonale alla parete. In presenza di tessiture murarie di buona qualità il collasso dipende, più che dalla resistenza della muratura, quasi unicamente da questioni di equilibrio, fortemente dipendenti dall’ammorsamento con le pareti trasversali e dalla presenza di elementi spingenti, come coperture o volte. In mancanza di elementi di trattenimento efficaci, quali catene o cordoli, il muro oppone una scarsa resistenza al ribaltamento che può avvenire anche in presenza di forze relativamente modeste. Il primo modo di collasso può portare a collassi imprevisti e rovinosi.
• 2°modo: rottura della muratura nel proprio piano, lesioni formate a causa di sforzi taglianti generati da azioni agenti parallelamente al suo piano medio. Questo meccanismo dipende direttamente dalla resistenza meccanica del muro ed è raramente motivo di collasso completo dell’edificio. La duttilità della muratura, se ben eseguita, consente agli elementi murari fessurati a taglio di assolvere comunque alla loro funzione portante.
Con queste indicazioni è possibile passare all’analisi del quadro fessurativo e deformativo pre-sisma da cui è possibile trarre valide informazioni sul comportamento dinamico della struttura. Devono essere considerati sia gli effetti di dissesto statici, esauriti o in atto, sia dinamici causati da eventi sismici passati. Il danneggiamento si presenta sottoforma di lesioni e deformazioni, intese come mutamento dell’assetto geometrico. Le prime sono perdite di continuità muraria con formazione di separazioni macroscopiche tra le parti; lo studio del tracciato, dell’ampiezza e del verso dello spostamento relativo, è indispensabile per
comprendere appieno il dissesto in atto. Le deformazioni descrivono le modificazioni della geometria strutturale dell’edificio; esse risultano più difficili da analizzare a causa della difficile individuazione e misurazione.
La corretta interpretazione dei dati rilevati conduce al riconoscimento dei meccanismi di collasso già attivati nella fabbrica. Con il termine meccanismo si indica il modello di rappresentazione cinematica con cui si interpreta e descrive il comportamento al sisma di una parte strutturale unitaria e il danno che ne consegue. Il meccanismo si identifica non solo con l’interpretazione dinamico-meccanica del danno accaduto, ma anche come previsione di quello futuro. Il concetto di ripetitività dei soliti meccanismi di collasso era già compreso in passato dalle maestranze che ponevano rimedio alle problematiche riscontrate basandosi sull’esperienza diretta. La tecniche antisismiche pre-moderne, supportate dall’esperienza e dall’intuito, proponevano soluzioni basate sull’idea di contrastare l’evoluzione dei meccanismi già attivati. A partire da quelli che è possibile riconoscere su una fabbrica attraverso il quadro fessurativo, è possibile determinare i meccanismi di collasso attesi. Il metodo consiste nell’individuare quali sconnessioni, oltre a quelle già attribuite ad un meccanismo attivato, possono formarsi nella muratura e quindi quali meccanismi di collasso possono rendersi possibili in caso di eventi futuri.
Nel contesto degli edifici di culto è necessario e utile introdurre il nuovo concetto di “macroelemento”: parte strutturale sede dei potenziali meccanismi. Più chiaramente, per macroelemento si intende la parte edilizia nell’ambito della quale è osservabile e compiutamente descrivibile un comportamento unitario a seguito delle azioni sismiche. Le interazioni fra i diversi macroelementi avvengono nella cosiddetta “fascia o zona di sovrapposizione”; con questo termine si indica quella parte costruttiva al bordo del macroelemento considerato, appartenente anche al vicino, la cui descrizione è necessaria per comprendere l’insieme dei fenomeni propri del macroelemento esaminato.
4.3.1
Vulnerabilità specifica
Lo studio delle forme di vulnerabilità specifica individua i fattori che costituiscono condizioni di debolezza locale, o diffusa, della compagine muraria e che quindi possono favorire o inibire l’attivazione di un meccanismo tipico. Si tratta di osservare in maniera mirata e puntuale gli aspetti costruttivi e strutturali e di consistenza propria dei macroelementi. I caratteri a cui si fa riferimento sono quelli propri, individuali di ciascun macroelemento e riguardano il modo in cui il manufatto è stato costruito, le modifiche e trasformazioni subite nel tempo, il danneggiamento e le opere di riparazione avvenute. L’esperienza fino ad ora ha portato alla definizione di sei gruppi tematici di forme di vulnerabilità specifiche i cui macrogruppi sono:
• Modalità costruttive iniziali: caratteri e modi del costruire ossia qualità dei leganti e supporti e loro coesione; ma anche caratteri geometrici dimensionali della muratura e configurazione formale strutturalmente inadeguata.
• Processi di trasformazione edilizia che determinano la perdita di omogeneità e continuità costruttiva iniziale; alcuni esempi sono gli ampliamenti planimetrici e le sopraelevazioni.
• Ruolo degli elementi di presidio esistenti: sistemi di collegamento inadeguati o danneggiati.
• Degrado strutturale e debito manutentivo: perdita di efficienza strutturale dei vari componenti della fabbrica.
• Dissesti pregressi non sufficientemente riparati, sia di natura statica che sismica.
• Interventi strutturali recenti: lettura critica del comportamento al sisma della fabbrica in relazione agli interventi eseguiti nel tempo.
Una classificazione più esaustiva delle forme di vulnerabilità specifiche è riportata nelle “Istruzioni Tecniche per l’interpretazione ed il rilievo per macroelementi del danno e della vulnerabilità sismica delle chiese” [13] in cui la spiegazione di ogni voce è supportata da materiale fotografico; la tabella sottostante, ricavata dallo
stesso testo, riporta la suddivisione delle forme di vulnerabilità per gruppi tematici.
Figura 3. Suddivisione per gruppi tematici delle forme di vulnerabilità specifica; “Istruzioni tecniche per l’interpretazione e il rilievo del danno e della vulnerabilità sismica delle chiese” a cura della Regione Toscana, p29
4.3.2
Meccanismi di danno
L’esperienza sul patrimonio edilizio esistente ha portato all’elaborazione di abachi di meccanismi di collasso tipici di determinate classi di edifici, nello specifico in questa sede viene analizzato quello relativo alle chiese. Il fine di questi strumenti è quello di cogliere e mettere in evidenza i tratti comuni, in termini di danno, verificatisi su edifici simili, e di conseguenza semplificare l’individuazione del problema. Per ogni meccanismo è utile mettere in luce quali siano i fattori che rendono maggiormente vulnerabile un macroelemento ad esso o viceversa, quali contribuiscano a conferire alla struttura una maggiore resistenza alle azioni sismiche. Nell’allegato_C delle “Linee guida per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme tecniche per le costruzioni”[14] sono elencati e tabellati ventotto meccanismi di danno, classificati in base al macroelemento che impegnano.
I macroelementi delle chiese presi in considerazione sono undici: facciata, parete laterale e di navata, arco trasversale, abside, volta cupola e tamburo, torre e cella campanaria. Tali macroelementi risultano i più frequenti e quelli per i quali la casistica disponibile, derivante dallo studio dei reali effetti dei sismi sulle chiese (Friuli 1976; Irpinia 1980; Emilia 1987, 1996, 2000; Lunigiana 1995; Val Tiberina 1997, 2001; Umbria e Marche 1997; Slovenia 1998; Pollino 1998; Molise 2002), rende possibile prevedere il comportamento sismico futuro di un manufatto per analogia con il comportamento effettivamente riscontrato in casi simili.
La facciata è il macroelemento per il quale l’interpretazione dei meccanismi è più agevole, in quanto la casistica disponibile è molto estesa. Per quanto riguarda le pareti laterali invece l’analisi risulta più difficoltosa: oltre alla variabilità insita nei caratteri tipologici propri, si aggiunge quella derivante dalle possibili connessioni con gli altri corpi di fabbrica quali le cappelle, le sacrestie e gli agglomerati urbani, e dall’interazione con la copertura. Un altro macroelemento ricorrente è l’abside, i punti critici sono la copertura, spesso spingente verso l’esterno, e le aperture sulle pareti laterali. La cupola e tamburo non sono presenti in tutte le chiese, hanno la caratteristica negativa per la fabbrica di costituire masse oscillanti ad altezze considerevoli che scaricano azioni orizzontali sui pilastri; oltre alle
azioni indotte questi macroelementi sono strutturalmente penalizzati dalla presenza al loro interno di superfici forate, indispensabili per l’illuminazione.
Figura 4. Abaco dei meccanismi di collasso delle chiese; “Linee guida per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme tecniche per le costruzioni” Allegato_C
